ekstraksi pemisahan th-cedari ce hidroksida hasil … · 2019. 11. 4. · ekstraksi pemisahan...

J.Tek. Bhn. Nukl.

Vol. 9 No. 2 Juni 2013: 55 - 113

ISSN 1907 – 2635

416/AU2/P2MI-LIPI/04/2012

(Masa berlaku Akreditasi s/d April 2015)

94● J.Tek. Bhn. Nukl.

EKSTRAKSI PEMISAHAN Th-CeDARI Ce HIDROKSIDA HASIL OLAH

MONASITMENGGUNAKAN MEMBRAN EMULSI CAIR DENGAN SOLVEN TBP

M.V. Purwani dan Dwi Biyantoro

Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan, BATAN

E-mail: purwanimv@ gmail.com

(diterima 05-12-2013, disetujui 30-12-2013)

ABSTRAK

EKSTRAKSI PEMISAHAN Th-Ce DARI Ce HIDROKSIDA HASIL OLAH

MONASIT MENGGUNAKAN MEMBRAN EMULSI CAIR DENGAN SOLVEN TBP.

Telah dilakukanekstraksi membran emulsi cair pemisahan Th dari Ce hidroksida hasil olah

monasit memakai solven Tri Butil Fosfat (TBP). Tujuan dari penelitian ini adalah untuk

mengetahui faktor pisah ekstraksi membran emulsi cair Ce dan Th memakai solven TBP. Umpan

adalah konsentrat Ce(OH)4hasil olah pasir monasit yang mengandung 5% Th(OH)4yang

dilarutkan dalam HNO3 sebagaifasa air eksternal (FAe). Teknik pemisahan ini menggabungkan

antara teknik ekstraksi dan stripping. Fasa membran adalah emulsi tipe air dalam minyak dan

sebagai surfaktan adalah SPAN – 80 (sorbitan monooleat). Sebagai fasa pendispersi adalah fasa

minyak atau fasa organik (FO) TBP dan fasa terdispersi adalah fasa air internal (FAi) H3PO4.

Parameter yang diteiti adalah % SPAN – 80, waktu emulsifikasi dan %TBP – Kerosen. Dari data

yang diperoleh dan dari hasil perhitungan dapat disimpulkan bahwa kondisi optimum dicapai

pada pemakaian SPAN - 80 sebanyak 3,5%, waktu emulsifikasi 15 menit, dan pemakaian TBP –

Kerosen sebesar 15%. Pada kondisi ini diperoleh efisiensi ekstraksi Ce = 84,54%, efisiensi

stripping Ce =98,05 % dan efisiensi total Ce = 82,85 %, efisiensi ekstraksi Th = 46,41%,

efisiensi stripping Th =87,68 % dan efisiensi total Th = 40,69 %. Faktor pisah ekstraksi Ce – Th

= 1,8216, faktor pisah stripping Ce– Th = 1,1177 dan faktor pisah total Ce–Th = 2,036.

Swelling ratio 0% dan angka creaming 1,2%.

Kata Kunci: ekstraksi membran emulsi, Ce- Th, TBP

ABSTRACT

SEPARATION EXTRACTION OF Th-Ce FROM Ce HYDROXIDETREATMENT

PRODUCT OF MONAZITEBYEMULSION LIQUID MEMBRANEUSINGTBP SOLVENT.

Emulsion liquid membrane extraction for separation of Th from Ce hydroxide treatment

product of monazite using TBP have been done. The purposeofthis research to

determineseparationfactor of CeandThby liquidemulsionmembraneextractionuseTBPsolventThe

feed is Ce(OH)4concentratedtreatment product of monazite containing 5 % Th(OH)4were

dissolved in HNO3 as the external aqueous phase (FAe). This separation technique combines

extraction and strippingtechniques. Membrane phase is a water -in-oil emulsion type and as

surfactant is SPAN - 80 (sorbitan monooleate). As the dispersing phase is the phase is oil or

organic phase (FO) Tri Butyl Phosphate (TBP) and the dispersed phase is the internal water

phase (FAi) H3PO4. Parameters were observed are % SPAN - 80 , emulsification time and %

TBP - kerosene. From the data obtained and the results of the calculation can be concluded that

the optimum conditions achieved in the use of SPAN – 80= 3.5 % , emulsification time = 15

minutes, swelling ratio = 2% and the use of TBP - kerosene =15 % . In this condition, the

extraction efficiency obtained Ce = 84.54 % , Ce stripping efficiency = 98.05 % and total

efficiency = 82.85 % Ce, Th extraction efficiency = 46.41 % , Th stripping efficiency = 87.68 %

and the total efficiency of Th = 40.69 % . Extraction separation factor Ce - Th = 1.8216

Ekstraksi Pemisahan Th-Ce Dari Ce Hidroksida Hasil Olah Monasit

Menggunakan Membran Emusi Cari Dengan Solven TBP

MV Purwani, Dwi Biyantoro

J.Tek. Bhn. Nukl. ● 95

,stripping separation factor Ce - Th = 1.1177 and total separation factor Ce - Th = 2.036.

Swelling ratio = 0% and creaming number = 1,2%.

Keywords: emulsionmembraneextraction, Ce-Th, TBP

I. PENDAHULUAN

Pasir monasit merupakan hasil

samping pengolahan timah yang diperoleh di

P. Bangka, Belitung, dan Singkep. Pasir

monasit ini mengandung unsur logam tanah

jarang dan unsur radioktif thorium dan

uranium. Kadar tertinggi unsur logam tanah

jarang dalam monasit adalah Ce (serium) =

16 – 20%, lantanum (La) = 7 – 10% dan

Nd (neodimium) = 5 – 7%, sedang unsur

yang lain lebih sedikit[1]

. Suyanti[2]

telah

melakukan pembuatan Logam Tanah Jarang

Hidroksida ((LTJ(OH)3) dari monasit.

Setelah melalui beberapa tahapan proses

pengambilan Ce dari LTJ(OH)3, diperoleh

konsentrat cerihidroksida Ce(OH)4.

Konsentrat Ce(OH)4hasil olah pasir

monasitini mengandung Th= 5 – 7%.

Thorium merupakan unsur radioaktif yang

harus dihilangkan apabila Ce dipakai sebagai

bahan untuk keperluan industri.Kegunaan Ce

antara lain sebagai bahan katalis pada

penyulingan minyak bumi, logam paduan

yang tahan suhu tinggi dan korosi, industri

kaca / optik (CRT, kamera), kapasitor,

keramik berwarna, cat dan batere[,3]

.

Salah satu teknik pemisahan yang

dipakai adalah ekstraksi membran emulsi

cair. Membran emulsi cair (Emulsion Liquid

Membrane, ELM) merupakan salah satu

jenis membran cair yang sudah banyak

digunakan untuk pemisahan di laboratorium

maupun industri.[4]

Teknik pemisahan ini

menggabungkan antara ekstraksi dan

stripping. Fasa membran adalah emulsi tipe

air dalam minyak dan sebagai bahan

emulgator adalah SPAN – 80 (sorbitan

monooleat). Sebagai fasa pendispersi adalah

adalah fasa organik (FO) Tri Butil Fosfat

(TBP) dan fasa terdispersi adalah fasa air

internal (FAi) H3PO4. Gambar 1

menunjukkan skema emulsi membran cair.

Emulsi cair melibatkan dua zat cair

yang tercampur, tetapi tidak dapat saling

melarutkan, dapat juga disebut zat cair polar

(air) dan zat cair non-polar (minyak atau

FO). Tipe emulsi yang dipakai adalah A/M

(air dalam minyak). Air dan minyak dapat

bercampur membentuk emulsi bila ditambah

suatu pengemulsi (emulgator atau

surfaktan)[5]

.

Gambar 1. Skema emulsi membran cair

[4]

Fasa I : fasa organik (FO), Fasa II : fasa air

internal (FAi), Fasa III : fasa air eksternal

(FAe).

Gambar 2 menunjukkan struktur

surfaktan. Surfaktan yang dipakai

mempunyai karakteristik khusus menurut

keseimbangan antara porsi sifat hidrofil

(suka air) dan sifat lipofil (suka minyak)

dalam molekul (hydrophilic – lipophilic

balance = HLB). Angka HLB berkisar antara

1 – 40, dan untuk pembentukan emulsi nilai

HLB berkisar antara 1 – 20. Untuk emulsi

tipe A/M ( air dalam minyak ) nilai HLB 3-6

dan untuk emulsi tipe M/A (minyak dalam

air ) nilai HLB 8-10[6]

Gambar 2. Struktur surfaktan[6]

.

Surfaktanbertindak sebagai jembatan

penghubung dimana sisi hidrofilik akan

berikatan dengan fase air dan sisi lipofilik

berikatan dengan minyak menghasilkan

campuran air dan minyak[7].

Sistem emulsi

J.Tek. Bhn. Nukl.

Vol. 9 No. 2 Juni 2013: 55 - 113

ISSN 1907 – 2635

416/AU2/P2MI-LIPI/04/2012



air dalam minyak dapat digambarkan seperti

pada Gambar 3

Gambar 3. Sistem emulsi air dalam

minyak[8]

.

Ketidakstabilan emulsi[9]

dapat terjadi

karena: coalescence, flocculation,cracking

atau breaking. Gambar 4 memperlihatkan

ilustrasi kerusakan emulsi dan Gambar 5

memperlihatkan ilustrasi fenomena swelling

dan break – up.

.

Gambar 4. Proses terjadinya kerusakan

emulsi[10]

.

Gambar 5. Fenomena swelling dan break–

up[11]

.

Molekul sorbitan monooleat tersusun

dari “ekor” alkil yang non-polar (larut dalam

minyak) dan kepala ion oleat yang polar

(larut dalam air).

Gambar 6. Struktur molekul SPAN- 80 atau

sorbitan monooleat[10,12]

.

Ekor non-polar dari SPAN- 80 akan

menempel pada minyak (FO) dan kepala

polarnya menempel pada air. Gambar 6

menunjukkan struktur molekul SPAN- 80

atau sorbitan monooleat yang mempunyai

HLB = 4,3 dan berat molekul = 428[13]

.

Untuk membuat emulsi yang stabil selain

pemakaian emulgator yang sesuai dan jumlah

yang optimum juga diperlukan waktu

emulsifikasi yang cukup untuk membuat

keseragaman butiranemulsi.

Terjadinya pemisahan unsur yang

satu dengan unsur yang lainnya karena

berpindahnya salah satu atau beberapa unsur

dari fasa cair yang satu dengan fasa cair yang

lainnya yang tidak saling melarutkan..[5]

Unsur-unsur yang akan dipisahkan (Th dan

Ce) berada fasa air. Salah satu atau beberapa

unsur akan berpindah ke FO. Fasa organik

ini mempunyai gugus ligan yang dapat

bereaksi selektif terhadap salah satu atau

beberapa unsur yang ada dalam fasa air.

Umpan ekstraksi atau fasa air adalah larutan

yang mengandung Ce dan Th yang berasal

dari ceri hidroksida yang dilarutkan dalam

HNO3[14]

.





Tri butil fosfat memiliki rumus kimia

(C4H9)3PO4merupakan salah satu pelarut

organik yang banyak digunakan untuk proses

ekstraksi, karena TBP mempunyai

kemampuan mengekstrak cukup tinggi dan

juga cukup stabil terhadap asam, serta mudah

diperoleh. Dilihat dari segi ekonomi relatif

lebih murah dibanding dengan Tri-n-

oktilfosfina oksida , Metil Isobutil Keton dan

lain-lain[14]

. Berat jenis (ρTBP = 0.9727

g/mL) dan viskositas TBP (3.80 mPa.s) yang

tinggi[15]

, menyebabkan sukarnya proses

pemisahan solut dari fasa air ke fasa organik.

Konsekuensinya, semakin besar konsentrasi

TBP maka proses ekstraksi akan mengalami

kesulitan karena perpindahan massa dari FA

ke FO menjadi terhambat. Untuk

mempermudah proses tersebut maka

kekentalan FO harus diturunkan dengan cara

menambahkan pengencer organik yang

disebut diluen. Pengencer organik yang

sering digunakan adalah kerosen. Kerosen

merupakan senyawa organik sebagai

pengencer pelarut organik yang dapat

menghasilkan koefisien distribusi yang tinggi

disamping itu mudah didapat dan relatif

murah.

Mekanisme transfer massa pada

ekstraksi emulsi cair dapat digambarkan pada

Gambar 7

Gambar 7. Mekanisme perpindahan massa

pada membran cair [16]

.

Mekanisme perpindahan massa pada

membran cair[4,17,18]

:

- Transfer massaionlogam daribadan FAe

(phase III)melaluitahanan film ke

antarmuka antara FAe danFM (membrane

phase).

- Ion logam(A) bereaksi dengan pembawa

atau ekstraktan (carrier) dalam FM pada

antarmuka Fai dan FM.

- Perpindahan massa dari hasil reaksi antara

logam A dengan ekstraktan dalam FM

dari antarmuka eksternal/membran ke

antarmuka membran/internal (phase II).

- Kompleks ion logam dengan ekstraktan

pada antar muka membran/internal

bereaksi denganion hidrogendariFAi.

- Ion-ionlogam dilepaskan dariFMkeFAi.

- Perpindahan massa ekstraktan dalamF

Mdari antarmuka membran/internal ke

lapisan film eksternal/membran yang

berarti pembawa bebas berdifusi kembali.

Selama berlangsungnya proses

ekstraksi, antara Ce dan Th saling

berkompetisi untuk bereaksi dan berpindah

dari FAe ke FO. Reaksi yang terjadi antara

logam dengan TBP mengikuti reaksi

pertukaran kation sebagai berikut.[19]

:

H+ + NO3

- HNO3 (a) (1)

HNO3 (a) HNO3(o) (2)

Th(OH)4 + 4HNO3 Th(NO3)4 +

4H2O (3)

HNO3(o) + TBP (o) HNO3.TBP (o) (4)

Th4+

+ 4(HNO3.TBP)

Th(NO3)4. 4TBP(o) + 4H+

(5)

Ce4+

+ 4(HNO3.TBP)

Ce(NO3)4.4TBP(o) + 4H+

(6)

Reaksi yang terjadi pada

strippingdengan H3PO4berlangsung hampir

bersamaan dengan ekstraksi sebagai berikut :

3Ce(NO3)4.4 TBP + 4H3PO4

Ce3(PO4)4 + 12 TBP + 12HNO3 (7)

3Th(NO3)4.4TBP+4H3PO4

Th3(PO4)4 + 12TBP + 12HNO3 (8)

J.Tek. Bhn. Nukl.

Vol. 9 No. 2 Juni 2013: 55 - 113

ISSN 1907 – 2635

416/AU2/P2MI-LIPI/04/2012



Berdasarkan reaksi di atas, maka

dipelajari pengaruh % emulgator atau

surfaktan SPAN – 80, waktu emulsifikasi

dan % TBP dalam kerosen.

Ukuran keberhasilan proses

Angka creaming= τ =│ΔVFAi│ ׀

VFAi (9)

𝛥𝑉𝐹𝐴𝑖 = Perubahan volum FAi

𝑉𝐹𝐴𝑖 = volum FAi

Swelling ratio = 𝜏 =𝛥𝑉𝐹𝑀𝑡𝑒𝑙𝑎 ℎ 𝑒𝑘𝑠𝑡𝑟𝑎𝑘𝑠𝑖 ׀

𝑉𝐹𝑀𝑤𝑎𝑙 (10)

Efisiensi ekstraksi =

Berat unsur dalam FO

Berat unsur dalam umpanx 100% =

Berat unsur umpan −FAe

Berat unsur awal x 100% (11)

Berat unsur dalam FAe = kadar unsur

(Hasil analisis memakai XRF ) x volum FAe

Berat unsur dalam FO = berat unsur ( umpan

– FAe)

Efisiensi Striping =

Berat unsur dalam FAi

Berat unsur dalam FOx 100% (12)

Berat unsur dalam FAi = kadar unsur ( Hasil

analisis memakai XRF ) x volum FAi

Efisiensi total= Berat unsur dalam FAi

Berat unsur dalam umpan x 100% (13)

Faktor Pisah =

efisiensi Th

Befisiensi Cex 100% (14)

II. METODOLOGI

2.1. Bahan

Konsentrat ceri hidroksida hasil olah

monasit, kadar Ce = 95%, Kadar Th = 5%,

kerosen buatan Fisher, HNO3 teknis, tri butil

fosfat (TBP) buatan Merck, sorbitan

monooleat ( SPAN – 80 ), Kerosen buatan

Fisher, asam nitrat, asam fosfat, air suling

dan es batu, spex x-ray cell film.

2.2. Alat

Pengaduk mekanik ultra turax T – 50.

pemanas dan pengaduk magnet ( Janke and

Kunkel Ika – Labotechnik), peralatan gelas,

stopwatch, timbangan analitis sartorius dan

XRF.

2.3. Cara kerja

2.3.1. Optimasi %SPAN – 80

Membuat H3PO4 4 M sebagai FAi

sebanyak 25 ml. Membuat fasa organik

(FO)dengan cara mencampur TBPdengan

kerosen, sehingga perbandingan volume TBP

15% volume kerosen Fasa organik ditambah

SPAN – 80 dengan % volum antara SPAN –

80 dengan FO divariasi 2,5%, 3%, 3,5%, 4%

dan 5% sehingga jumlah volum FO dan

SPAN – 80 = 25 mL.Fasa membran (FM)

dibuat dengan cara mencampurkan FAi dan

FO yang sudah ditambah SPAN – 80 ke

dalam gelas beker dan diaduk dengan

kecepatan 8000 rpm selama 10 menit

memakai pengaduk mekanik ultra turax T –

50. Gelas beker berada dalam wadah yang

berisi es, sehingga suhu pengadukan dapat

dijaga 200C. Fasa membran berupa emulsi

(buih). Membuat fasa air ekternal (FAe)

dengan melarutkan 2,5 gram konsentrat

Ce(OH)4 ditambah HNO3 7M sehingga

volum menjadi 50mL. Melakukan proses

ekstraksi dengan cara FAedan FM dicampur

dalam gelas beker diaduk selama 10 menit

dengan kecepatan 240 rpm. Pada proses ini,

FAe dan FM bercampur menjadi satu.

Setelah selesai campuran ditempatkan dalam

corong pisah, sehingga FAe dan FMakan

terpisah dan diukur volumnya.Melakukan

proses strippingdengan caraFM dipanaskan

pada suhu maksimum 400C, setelah beberapa

saat FM dan FAi akan terpisah.Fasa air

ekternal dan FAi diukur volumnya dan

dianalisis memakai XRF.

2.3.2. Optimasi waktu emulsifikasi.

Membuat H3PO4 4 M sebagai FAi

sebanyak 25 mL. Membuat FO dengan cara

mencampur TBP dengan kerosen, sehingga

perbandingan volume TBP 15% volume





kerosen. Fasa organik ditambah SPAN – 80

dengan % volum antara SPAN – 80 dengan

FO pada kondisi optimum sehingga jumlah

volum FO dan SPAN – 80 = 25 mL.Fasa

membran dibuat dengan cara mencampurkan

FAi dan FO yang sudah ditambah SPAN –

80 ke dalam gelas beker dan diaduk dengan

kecepatan 8000 rpm selama waktu divariasi

5, 10, 15, 20, 25 dan 30 menit memakai

pengaduk mekanik ultra turax T – 50. Gelas

beker berada dalam wadah yang berisi es,

sehingga suhu pengadukan dapat dijaga

200C. Membuat FAe dengan melarutkan 2,5

gram konsentrat Ce(OH)4 ditambah HNO3

7M sehingga volum menjadi 50mL.

Kemudian dilakukan proses ekstraksi dan

stripping seperti pada optimasi %SPAN – 80

Prinsip kerja ekstraksi membran emulsi cair

dapat digambarkan pada Gambar 8.

Gambar 8 . Skema ekstraksi membran emulsi cair

[20].

2.3.3. Optimasi %TBP dalam Kerosen

Membuat H3PO4yang divariasi 4 M

sebagai FAi sebanyak 25 mL. Membuat FO

dengan %TBP – Kerosen yang divariasi5,

10, 15, 20, 25 dan 30% volum. Fasa organik

ditambah SPAN – 80 dengan % volum antara

SPAN – 80 dengan FO pada kondisi

optimum sehingga jumlah volum FO dan

SPAN – 80 = 25 mL. Fasa membran dibuat

dengan cara mencampurkan FAi dan FO

yang sudah ditambah SPAN – 80 ke dalam

gelas beker dan diaduk dengan kecepatan

8000 rpm selama waktu yang sudah

dioptimasi memakai pengaduk mekanik

ultra turax T – 50. Gelas beker berada dalam

wadah yang berisi es, sehingga suhu

pengadukan dapat dijaga 20 0C. Membuat

FAe dengan melarutkan 2,5 gram konsentrat

Ce(OH)4 ditambah HNO3 7 Msehingga

volum menjadi 50 mL. Kemudian dilakukan

proses ekstraksi dan stripping seperti pada

optimasi % SPAN – 80

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

Menurut hasil analisis dan

perhitungan: kadar Ce dalam umpan = 30288

ppm, berat unsur Ce dalam umpan = 1,5144

gram, kadar Th dalam umpan = 3866 ppm

dan berat unsur Th dalam umpan = 0,1933

gram.

3.1. Optimasi % SPAN - 80

Fasa organik dan FA tidak bisa

menyatu. Keduanya akan cenderung untuk

memisah. Hal ini karena adanya adanya

tegangan antar muka di antara FO dan

FA.Tegangan antar muka ini menyebabkan

setiap permukaan FO dan FAmembutuhkan

energi.Semakin banyak permukaan air yang

bertemu atau berbatasan dengan permukaan

FO, maka semakin banyak pula energi yang

dibutuhkan untuk mempertahankan kondisi

tersebut.Namun, dalam emulsi, keduanya

“dipaksa” untuk menyatu, artinya semakin

banyak permukaan air yang “dipaksa” untuk

bertemu dengan permukaan FO.Akibatnya,

energi yang dibutuhkan pun semakin besar.

J.Tek. Bhn. Nukl.

Vol. 9 No. 2 Juni 2013: 55 - 113

ISSN 1907 – 2635

416/AU2/P2MI-LIPI/04/2012



Karena tidak ada penyediaan energi, maka

ketika didiamkan kedua fasa tersebut akan

cenderung untuk memisah agar antar muka

yang saling bersinggungan semakin sedikit.

Keadaan seperti inilah yang disebut sebagai

rusaknya suatu emulsi atau ketidakstabilan

emulsi.

Penentuan kondisi terbaik atau

terbentuknya emulsi yang stabil berdasarkan

besarnya swelling ratiodanangka creaming.

Swelling ratio ditentukan melalui

pengukuran besarnya perubahan volumFM

(FO + FAi) setelah proses ekstraksi dan

angka creaming ditentukan melalui

pengukuran besarnya perubahan volum FAi

setelah proses ekstraksi. Terdapat 2

kemungkinan perubahan volumFM dan FAi

yaitu perubahan volum positif dan negatif.

Perubahan volum FAi negatif, FAi masuk ke

FAe. Perubahan volum positif, jika FAe

masuk ke FAi. Semakin besar nilai swelling

ratio danangka creaming, emulsi mudah

terjadi coalesen dancreaming.

Menurut persamaan Stoke’s, kecepatan

creaming[21]

sebagai berikut:

VStoke’s= 𝟐 𝒈 𝒓𝟐(𝝆𝟐− 𝝆𝟏

)

𝟗 𝜼 (15)

r = jari – jari butiran(m), ρ = densitas cairan

(kg/m3), g = percepatan grafitasi (m/det

2) dan

η = viskositas cairan fasa pendispersi

(kg/m.det)

Apabila surfaktan SPAN – 80 yang

ditambahkan kurang maka akan terbentuk

emulsi yang kurang stabil, sehingga mudah

terbentuk flokulasi dan koalesen. Tetapi bila

SPAN – 80 yang dipakai terlalu banyak akan

dapat menarik FAe masuk ke FM. Semakin

kecil perubahan volum FM atau swelling

ratiosemakin kecil, maka emulsi semakin

stabil. Semakin banyak SPAN – 80 yang

dipakai, semakin sukar untuk memisahkan

FA dari FM, sehingga masih ada FA yang

terjebak dalam FO (ketika dilakukan

pemanasan pada FM).

Gambar 9. Hubungan antara % SPAN – 80

dengan % FA yang terjebak dalam FO,

swelling ratio dan angka creaming

Pada pemakaian SPAN-80 kurang

dari 3,5% akan menyebabkan emulsi kurang

stabil, hal ini dapat ditunjukkan pada Gambar

9, angka creaming hampir 50% dan swelling

ratio -30%. Pada pemakaian SPAN-80 di

atas 3,5%, % FA (FAi + FAe) yang terjebak

di dalam FO mulai meningkat, karena FAe

masuk ke sistim emulsi bergabung dengan

FAi dan sebagian FA (FAi + FAe) terjebak

di dalam FO. Pada pemakaian SPAN – 80 di

bawah 3,5% terjadi penyusutan FM yang

ditunjukkan harga swelling ratio negatif,

sedang pada pemakaian SPAN – 80 di atas

3,5% terjadi penggembungan FM yang

ditunjukkan harga swelling ratio positif.

Salah satu faktor yang sangat

berpengaruh terhadap kecepatan perpindahan

massa dari fasa air (FA) ke fasa organik (FO)

adalah besarnya konsentrasi solut (Th dan Ce)

dalam umpan. Hal ini dapat dijelaskan dengan

hukum Fick:

NA,Z = -DAB

dz

dcA (16)

NA,Z = kecepatan transfer massa, lb

mol/jam.ft2

DAB = difusivitas massa, ft2/jam

c = konsentrasi, lb mol/ ft3

z = lebar lapisan film antar fasa, ft

-30

-10

10

30

50

2,5 3,0 3,5 4,0 4,5

%FA

te

rje

bak

dal

am F

O, a

ngk

a cr

eam

ing

dan

sw

ellin

g r

ati

o

% SPAN - 80

% FA dalam FOswelling ratioAngka creaming





Dari persamaan tersebut dapat

diketahui bahwa variabel konsentrasi

berbanding lurus dengan kecepatan transfer

massa, sehingga semakin besar konsentrasi

akan semakin besar pula kecepatan

perpindahan massa. Selektifitas TBP terhadap

Ce dan Th hampir sama karena keduanya

mempunyai sifat yang sangat mirip, tetapi

karena konsentrasi Ce jauh lebih besar

dibanding Th, maka perpindahan/transfer

massa Ce (30288 ppm) ke FO lebih besar

dibanding Th (3867 ppm). Dengan demikian

efisiensi ekstraksi Ce lebih besar dibanding

Th.

Semakinsedikit SPAN – 80 yang

dipakai, emulsi yang terbentuk semakin tidak

stabil dan ketika dilakukan ekstraksi akan

terjadi perubahan volum negatif yaitu FAi

keluar dari sistim emulsi atau FM masuk ke

FAe, sehingga jumlah FAe menjadi lebih

besar. Berat unsur dalam FAe yang besarnya

= jumlah konsentrasi logam Th dan Ce di

FAe dikalikan jumlah volum FAi menjadi

besar. Berat Th dan Ce dalam FO (umpan –

FAe) menjadi sedikit, dengan demikian

efisiensi ekstraksi menjadi kecil. Semakin

stabil emulsi, efisiensi ekstraksi menjadi

semakin meningkat. Gambar 10

menunjukkan hubungan antara %SPAN – 80

dengan efisiensi ekstraksi.

Gambar 10. Hubungan antara % SPAN – 80

dengan efisiensi ekstraksi.

Gambar 11. Hubungan antara % SPAN –

80dengan efisiensi stripping.

Semakin banyak SPAN – 80 yang

dipakai, emulsi semakin stabil, sehingga FAi

tidak menerobos keluar dari FM masuk ke

FAe. Dengan demikian berat unsur dalam

FAi yang besarnya = kadar unsur x volum

FAi menjadi besar dan efisiensi stripping

meningkat. Tetapi pada pemakaian SPAN –

80 di atas 3,5%, ada sebagian FAi yang

terjebak dalam FO sehingga berat unsur

dalam FAi menjadi berkurang dan akan

menurunkan efisiensi stripping. Kondisi ini

dapat dilihat pada Gambar 11.

Seperti pada hubungan antara %

SPAN – 80 dengan efisiensi stripping,

semakin banyak SPAN – 80 yang dipakai,

emulsi semakin stabil, sehingga FAi tidak

menerobos keluar dari FM masuk ke FAe.

Dengan demikian berat unsur dalam

FAimenjadi besar dan efisiensi total

meningkat. Tetapi pada pemakaian SPAN –

80 di atas 3,5%, ada sebagian FAi yang



menurunkan efisiensi stripping sekaligus

efisiensi total. Keadaan ini dapat dilihat pada

Gambar 12.

020406080

100

2,5 3,0 3,5 4,0 4,5Efis

ien

si e

kstr

aksi

, %

% SPAN - 80Efisiensi ekstraksi Th

Efisiensi ekstraksi Ce

020406080

100120

2,5 3,0 3,5 4,0 4,5

Efis

ien

si s

trip

pin

g,

%

% SPAN - 80

Efisiensi stripping Th

Efisiensi stripping Ce

J.Tek. Bhn. Nukl.

Vol. 9 No. 2 Juni 2013: 55 - 113

ISSN 1907 – 2635

416/AU2/P2MI-LIPI/04/2012



Gambar 12. Hubungan antara %SPAN – 80

dengan efisiensi total.

Gambar 13. Hubungan antara %SPAN – 80

dengan faktor pisah Ce-Th.

Ukuran keberhasilan proses tidak

hanya diukur dari besarnya efisiensi

ekstraksi, stripping dan total, tetapi juga

besarnya faktor pisah yaitu perbandingan

antara efisiensi Ce dan Th. Dari hasil

perhitungan, semakin banyak pemakaian

SPAN-80, FP Ce-Th baik pada waktu

ekstraksi maupun stripping semakin besar,

sehingga FP total Ce-Th juga semakin besar.

Tetapi pada pemakaian SPAN-80 di atas

3,5%, FP Ce-Th hampir konstan yaitu untuk

FP total Ce-Th sebesar 1,939. Dari

perhitungan diatas diambil kesimpulan

bahwa kondisi optimum pemakaian SPAN-

80 sebanyak 3,5%. Gambar 13 menunjukkan

hubungan antara %SPAN – 80 dengan FP

Ce-Th.

3.2. Optimasi waktu emulsifikasi.

Pada waktu emulsifikasi kurang dari

15 menit akan menyebabkan emulsi kurang

stabil, hal ini dapat ditunjukkan pada Gambar

14, angka creaming hampir 20% dan

swelling ratio dibawah 0%. Swelling ratio

negatif menunjukkan FAi keluar dari FM.

Semakin lama waktu emulsifikasi, tetesan

atau butir butir emulsi semakin seragam,

sehingga emulsi semakin stabil. Ketika

waktu emulsifikasi ditambah 20 menit

emulsi akan stabil, sehingga angka

creaminghampir 0% ( tidak ada FAi yang

keluar dari sistim emulsi ).Semakin stabil

FM, semakin sukar untuk memisahkan FA

dari FM, sehingga masih ada FA yang

terjebak dalam FO (ketika dilakukan

pemanasan pada FM). Pada waktu

emulsifikasi diatas 15 menit, %FA yang

terjebak dalam FO mulai meningkat karena

FAe masuk ke sistim emulsi bergabung

dengan FAi dan sebagian FA ( FAi + FAe )

terjebak di dalam FO.

Emulsi yang terbentuk semakin tidak

stabil jika waktu emulsifikasi semakin cepat,

dan ketika dilakukan ekstraksi akan terjadi

perubahan volum negatif yaitu FAi keluar

dari sistim emulsi atau FM masuk ke FAe,

sehingga jumlah FAe menjadi lebih besar.

Berat unsur dalam FAe menjadi besar. Berat

Th dan Ce dalam FO ( umpan – FAe )

menjadi sedikit, dengan demikian efisiensi

ekstraksi menjadi kecil. Semakin stabil

emulsi, efisiensi ekstraksi menjadi semakin

meningkat, Gambar 15 menunjukkan

hubungan antara waktu emulsifikasi dengan

efisiensi ekstraksi. Pada waktu emulsifikasi

dibawah 10 menit, efisiensi ekstraksi 30%,

tetapi efisiensi ekstraksi mulai meningkat

dan stabil sebesar 80% untuk Ce dan 40%

untuk Th pada waktu emulsifikasi diatas 10

menit.

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

2,5 3,0 3,5 4,0 4,5

Efis

ien

si t

ota

l, %

% SPAN - 80Efisiensi total Th Efisiensi total Ce

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500

2,5 3,0 3,5 4,0 4,5

Efis

ien

si t

ota

l, %

% SPAN - 80FP total Ce - Th

FP Ekstraksi Ce - Th

FP stripping Ce - Th





Gambar 14. Hubungan antara waktu

emulsifikasi dengan % FA yang terjebak

dalam FO, swelling ratio dan angka

creaming.


emulsifikasi dengan efisiensi ekstraksi.

Dengan bertambahnya waktu

emulsifikasi, emulsi semakin stabil, sehingga

FAi tidak menerobos keluar dari FM masuk

ke FAe. Dengan demikian berat unsur dalam

FAi menjadi besar dan efisiensi stripping

meningkat. Tetapi pada waktu emulsifikasi

diatas 10 menit, ada sebagian FAi yang



menurunkan efisiensi stripping. Kondisi ini

dapat dilihat pada Gambar 16. Semakin lama

waktu emulsifikasi, emulsi semakin stabil,

sehingga FAi tidak menerobos keluar dari

FM masuk ke FAe. Dengan demikian berat

unsur dalam FAi menjadi besar dan efisiensi

total meningkat. Tetapi pada waktu

emulsifikasi di atas 10 menit, ada sebagian

FAi yang terjebak dalam FO sehingga berat

unsur dalam FAi menjadi berkurang dan

akan menurunkan efisiensi total. Keadaan ini

dapat dilihat pada Gambar 16.


emulsifikasi dengan efisiensi stripping.


emulsifikasi dengan efisiensi total.

Faktor Pisah Ce-Th baik pada waktu

ekstraksi maupun stripping semakin besar

dengan bertambahnya waktu emulsifikasi,

sehingga FP total Ce-Th juga semakin besar.

Tetapi pada waktu emulsifikasi diatas 15

menit, FP Ce-Th hampir konstan yaitu untuk

FP total Ce-Th sebesar 2,036. Dari berbagai

perhitungan diatas dapat diambil kesimpulan

bahwa kondisi optimum waktu emulsifikasi

sebesar 15 menit. Gambar 18 menunjukkan

-10.00

-5.00

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

5 10 15 20 25 30

%FA

te

rje

bak

dal

am F

O ,

swel

lig r

ati

o

dan

an

gka

cre

amin

g

waktu emulsifikasi, menit%FA terjebak dalam FO

Angka creaming

0

20

40

60

80

100

5 10 15 20 25 30

Efis

ien

si e

kstr

aksi

, %

waktu emulsifikasi, menit

Efisiensi ekstraksi Th

Efisiensi ekstraksi Ce

50

60

70

80

90

100

110

5 10 15 20 25 30Ef

isie

nsi

str

ipp

ing

, %


Efisiensi stripping Th

Efisiensi stripping Ce

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

5 10 15 20 25 30

Efis

ien

si t

ota

l, %


Efisiensi total Th Efisiensi total Ce

J.Tek. Bhn. Nukl.

Vol. 9 No. 2 Juni 2013: 55 - 113

ISSN 1907 – 2635

416/AU2/P2MI-LIPI/04/2012



hubungan antara waktu emulsifikasi dengan

FP Ce-Th.


emulsifikasi dengan faktor pisah.

3.3. Optimasi %TBPdalam Kerosen

Dengan bertambahnya %TBP dalam

kerosen akan meningkatkan viskositas FO

sebagai fasa pendispersi. Pada persamaan V

Stoke’s (15) , tanda (+) atau (-) pada V

menunjukkan arah aliran droplet ke atas dan

ke bawah. Teori VStoke’s telah

dikembangkan secara empiris diturunkan

persamaan yang dirumuskan oleh Hunter,

yaitu:

𝑉 = 𝑉𝑆𝑡𝑜𝑘𝑒′𝑠(1 − Ф

Ф c)𝑘Ф (17)

Ф = fraksi volum terdispersi (FAi dalam FO

+ FAi)

= 𝑉𝐹𝐴𝑖

𝑉𝐹𝑀( 𝐹𝐴𝑖+𝐹𝑂 ) =

50

100 = 0,5

V = kecepatan creaming, Фc dan k adalah

tetapan yang besarnya tergantung dari sifat

patikel.

k = 5,4, Фc

= 0,6, k.Ф

= 2,7, Ф /Фc

= 0,8333, 1 - Ф /Фc

= 0,1667, (1 - Ф /Фc)k.Ф

= 0,00792.

𝑉𝑐𝑟𝑒𝑎𝑚𝑖𝑛𝑔 =0,00792 V Stoke’s (18)

η TBP = 3,8 Pa.s = 3800 cp, η kerosen = 2cp,

ρTBP = 0,9727 kg/L, ρFAi = 1 kg/L dan

ρ kerosen = 0,80 kg/L

Tabel 1 menyajikan hubungan antara

% TBP dan Kerosen dengan η (viskositas)

dan ρ (densitas), semakin besar % TBP

dalam Kerosen η (viskositas) dan ρ (densitas)

semakin besar Dari persamaan Stoke’s,

semakin besar nilai ρ FO (ρ2), perbedaan

densitas dengan FAi (ρ1) semakin kecil,

dibagi nilai η yang semakin besar, sehingga

V stokes semakin lambat.

Tabel 1. Hubungan antara % TBP dan

Kerosen dengan η (viskositas) dan ρ

(densitas)

No TBP(

%)

Kerosen

(%)

ηcampuran

(cp)

ρcampuran

(kg/l)

1 5 95 192 0,8086

2 10 90 382 0,8173

3 15 85 572 0,8259

4 20 80 762 0,8345

5 25 75 952 0,8432

6 30 70 1141 0,8518

Gambar 19. Hubungan antara % TBP -

kerosen dengan % FA yang terjebak dalam

FO, swelling ratio dan angka creaming.

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500

5 10 15 20 25 30

Efis

ien

si t

ota

l, %

waktu emulsifikasi , menit

FP total Ce - Th FP Ekstraksi Ce - Th


0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

5 10 15 20 25 30

%FA

ter

jeb

ak d

alam

FO

sw

ellin

g r

ati

o d

an a

ngk

a cr

eam

ing

% TBP - Kerosen%FA terjebak dalam FO

angka creaming

swelling ratio





Dari persamaan (18), Vcreaming

0,00792486 VStoke’s, semakin kecil VStoke’s,

kecepatan creaming juga semakin lambat

menyebabkan nasih adanya FAi yang

terjebak di FO menyebabkan FAi dan FO

sulit ketika dilakukan pemisahan. Volum FAi

setelah proses menjadi lebih kecil dibanding

sebelum proses, mengakibatkan menaikkan

angka creaming. Gambar 19 menunjukkan

hubungan antara % TBP - kerosen dengan

angka creaming dan % FA yang terjebak

dalam FO. Setelah pemakaian 15% TBP -

Kerosen, nilai angka creaming dan % FA

yang terjebak dalam FO semakin besar.

Swelling ratio menunjukkan nilai 0%, artinya

tidak ada penyusutan dan pembengkakan

FM. Kondisi ini dapat dilihat pada Gambar

19.


Kerosen dengan efisiensi ekstraksi.


Kerosen dengan efisiensi stripping.

Pada Gambar 20 menunjukkan bahwa

semakin besar % TBP - kerosen, efisiensi

ekstraksi semakin baik. Semakin besar %

TBP - kerosen, reaksi antara Ce dan Th

dengan TBP akan semakin sempurna. Tetapi

pada pemakaian % TBP - kerosen di atas

15% , efisiensi ekstraksi tidak mengalami

kenaikan, karena semakin besar % TBP -

kerosen, viskositas FO meningkat

menyebabkan sulitnya perpindahan massa Ce

dan Th dari FAe ke FO.

Gambar 21 menunjukkan bahwa

demgan bertambahnya % TBP – kerosen,

efisiensi stripping agak menurun, karena

masih ada FAi yang terjebak dalam FO,

sehingga volum FAi menjadi sedikit

sehingga berat Ce dan Th dalam FAi

menjadi lebih kecil. Disamping itu dengan

bertambahnya % TBP - kerosen, Ce dan Th

yang berada dalam FO semakin banyak

sedang jumlah FAi ( H3PO4) tetap, sehingga

untuk reaksi dengan Ce dan Th terbatas

mengakibatkan penurunan efisiensi

stripping.


Kerosen dengan efisiensi total.

0

20

40

60

80

100

5 10 15 20 25 30

Efis

ien

si e

kstr

aksi

, %

% TBP - Kerosen

Efisiensi ekstraksi Th

70

80

90

100

110

5 10 15 20 25 30

Efis

ien

si s

trip

ing

, %

% TBP - KerosenEfisiensi stripping Th

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

5 10 15 20 25 30

Efis

ien

si t

ota

l, %

% TBP - Kerosen

Efisiensi total Th Efisiensi total Ce

J.Tek. Bhn. Nukl.

Vol. 9 No. 2 Juni 2013: 55 - 113

ISSN 1907 – 2635

416/AU2/P2MI-LIPI/04/2012




Kerosen dengan faktor pisah.

Gambar 22 menunjukkan hubungan

% TBP - Kerosen dengan efisiensi total.

Efisiensi total mengalami peningkatan pada

pemakaian TBP - Kerosen 5 – 15%,, tetapi

pada pemakaian TBP - Kerosen diatas 15%,

efisiensi total Ce mengalami penurunan dan

efisiensi total Th hampir konstan. Berat

unsur dalam FAi akan mengalami sedikit

penurunan pada pemakaian TBP - Kerosen

diatas 15%, sehingga menurunkan efisiensi

total.

Pada pemakaian TBP - Kerosen 5 –

15%,, FP Ce-Th baik pada waktu ekstraksi

maupun stripping semakin besar, sehingga

FP total Ce-Th juga semakin besar. Tetapi

pada waktu pemakaian TBP - Kerosen diatas

15%, FP Ce-Th mengalami penurunan. Dari

berbagai perhitungan di atas dapat diambil

kesimpulan bahwa kondisi optimum pada

pemakaian TBP - Kerosen 15%. Gambar 23

menunjukkan hubungan antara %TBP -

Kerosen dengan FP Ce-Th

IV. KESIMPULAN

Dari data yang diperoleh dan dari

hasil perhitungan dapat disimpulkan bahwa

kondisi optimum dicapai pada penakaian

SPAN - 80 sebanyak 3,5%, waktu

emulsifikasi 15 menit dan pemakaian TBP –

Kerosen sebesar 15%. Pada kondisi ini

diperoleh efisiensi ekstraksi Ce = 84,54%,

efisiensi stripping Ce =98,05 % dan efisiensi

total Ce = 82,85 %, efisiensi ekstraksi Th =

46,41%, efisiensi stripping Th =87,68 % dan

efisiensi total Th = 40,69 %. FPekstraksi Ce

– Th = 1,8216, FPstripping Ce – Th =

1,1177 dan FPtotal Ce – Th = 2,036.Swelling

ratio 0% dan angka creaming 1,2%.

V. DAFTAR PUSTAKA

1. http://energitoday.com/2012/10/03/indon

esia-punya-cadangan-mineral-langka/

2. Suyanti, (2007), Pembuatan Cerium

Hidroksida Dari Pasir Monasit"

Proseding PPPN-PTAPB-Batan

Yogyakarta.

3. Moris,B., (2006), Rare Earths. PIRSA

Minerals-Mineral Resource Potential-

Rare Earth Elements.htm.

4. Othman, N. dkk., (2006), Selective

Emulsion Liquid Membrane Extraction

of Silver From Liquid Photographic

Waste Industries, Department of

Chemical Engineering and Natural

Resources Engineering, Universiti

Teknologi Malaysia.

5. Yasser T.M. and Ahmed H.I., (2012),

Extraction of copper from waste solution

using liquid emulsion Membranes. Jornal

of Environmental Protection, 3, 129-134

6. Kargari, A dkk, (2004), Role of

Emulsifier in the Extraction of Gold (III)

Ions from Aqeuous Solutions Using the

Emulsion Liquid Membrane Technique,

Desalination, 162, 237 – 247

7. Whitehurst, R.J.,(2004), Emulsifiers in

Food Technology. Blackwell Publishing,

UK

8. Bjorkergren S. and Karimi R.F., (2012),

A study oh the heavy metal extraction

procees using Emulsion Liquid

Membranes, Department of, Chemical

Engineering, Division of Applied surface

chemistry, Chalmers University of

Technology, Goteborg, Sweden

9. Gheorghe A, et.al., (2008), Emulsion

Liquid Membran Stability, U.P.B. Sci.

Bull., Series B. Vol. 70, No.3.

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500

5 10 15 20 25 30

Fakt

or

pis

ah

% TBP - KerosenFP total Ce - Th FP Ekstraksi Ce - Th


http://energitoday.com/2012/10/03/indonesia-punya-cadangan-mineral-langka/

http://energitoday.com/2012/10/03/indonesia-punya-cadangan-mineral-langka/





10. Park Y.Y., (2006), Development And

Optimization Of Novel Emulsion Liquid

Membranes Stabilized By Non

Newtonian Conversion In Taylor –

Couette Flow For Extraction Of Selected

Organic And Metallic Contaminants, A

Thesis Precented To The Academic

Faculty, Georgia Institute of

Technology.

11. Jinhma, W. and Xiujuan, Z., (2002),

Swelling Determination of W/O/W

Emulsion Liquid Membrane, Jornal of

Membrane Science, 195, 185 - 201

12. Valenzuela F., et . al.,(2003), Influence

Of Nonionic Surfactant Compound On

Coupled Transport Of Copper (Ii)

Through A Liquid Membrane, J. Chil.

Chem.Soc. v.48 n.1 Concepción mar. ISS

N 0717-9707

13. Sajjadi, S., (2006), Effect Of Mixing

Protocol On Formation Of Fine

Emulsion, Chemical Engineering

Science, 61, 779 – 786.

14. Desouky, O.A.E, (2006), Liquid – Liquid

Extraction Of Rare Earth Elements Frpm

Sulfuric Acid Solutions, Submitted in

accordance with the requirements of the

degree of Ph.D, Department of

Chemestry, University of Leed.

15. Schulz, W. W. dan Navratil, D. J,

(1985), Bess Teresa (ed.), Science

AndTechnology of Tributyl Phosphat.

Volum II. Part B. Florida: CRC Press,

Inc.

16. Mukhtari, B and Pourabdollah, K.,

(2013), Inclusion Extraction Of Alkali

Metal By Emulsion Liquid Membranes

And Nano Baskets Of P-Tert –

Calix(4)Arene Bearing Di-[N(X) sulfonyl

Carboxamide] and Di-(1-propoxy) In

Ortho-Cone Conformation, Bull. Korean

Chem.Soc, Vol.33, No 5

17. Welty, R. J, Wicks, E. C, Wilson, E. R;

RorrerG.. (2004), Dasar-Dasar Fenomena

Transport, Volum 3, Edisi ke-4,

Terjemahan Gunawan Prasetio, Erlangga,

Jakarta

18. Mukhtari, B., et. al., (2013), Emulsion

Liquid Membrane for Selective

Extraction of Bistmuth From Nitrate

Medium, Korean J.Chem.Eng,. 30(7),

1458 – 1465

19. Zou, Z. et. al., (2012), A Study on

Stoichiometry of complexes of Tributyl

Phosphate and Methyl Isobutyl Ketone

with Lithium in the Presence of FeCl3,

Chinese Journal Chemical Engineering,

20(1) 36-39

20. Teng T.T. et. al., (2013), Emulsion

Liquid Membranes : Removal And

Recovery Of Organic And Inorganic

Ions, Journal Membranes Sci. Technol,

3-2.

21. Kiono, B.F.T., dan Mawarni, D.I.,

(2013), Kajian Eksperimental Kecepatan

Pemisahan (Velocity Creaming)

Biodisel/Gliserin Terhadap Konsentrasi

Tetesan, ROTASI – Vol 15, No 2, 1-11.

ekstraksi pemisahan th-cedari ce hidroksida hasil … · 2019. 11. 4. · ekstraksi pemisahan...

Documents